Güneş Enerjisinde Yeni Bir Güç

İlk insanlardan 21.yüzyıla kadar insanlar çeşitli aletler icat ettiler. İlk zamanlar taş, kemik ve ağaç dallarını kullandılar. Daha sonraları evrim sürecinde zekaları gelişti bu ilkel insanların ve taş, kemik ve ağaçların dışında malzemeler bulmaya ve ellerindekini daha da geliştirmeye başladılar. Yıllar içinde yorulmaya başladılar ve insan gücüne gerek duymadan hareket edebilecek aletler, makineler, yaptılar ve anladılar ki bu makineler işlerini kolaylaştırmaktan öte daha önce yapamadıkları şeyleri yapmalarına olanak veriyordu.

Bu makinelerin içinde çalışması için yakıta ihtiyacı olanların endüstri sektöründe apayrı bir yeri vardı. Çünkü bunlar hiç büyümeyen bebekler gibiydiler; sürekli temiz tutacaksın, yağlayacaksın, eskiyen parçalarını değiştireceksin (bebeklerde uygulamayınız!!), yakıtını vereceksin ki senin için yararlı bir şeyler yapsın (bebeklerin pek yapmadığı bir şey).

Tabi ki ilk dönemlerde özellikle yakıt sıkıntısı pek çekilmiyordu çünkü Dünya yeterince kaynağa sahipti. Zamanla teknoloji gerçekten hızlı gelişti. Üretilen makine sayısı ve üretim kapasitesi arttı. Doğal olarak kullandığımız yakıt kömürdü (fosil yakıtlar), fosil yakıtlar doğada gayet fazlasıyla bulunmaktaydı. Ama ortada bir problem vardı. Fosil yakıt kullanımından dolayı atmosferimiz kirleniyordu ve bu kirlilik gerçekten önemli boyutlara ulaşmıştı ki, bu kirlilik hala günümüzde de büyük bir problemdir.

Kirliliğin sebebi olan fosil yakıt kullanımını azaltmak için diğer enerji kaynaklarına el attık: hava, su, güneş, (,tahta!), radyoaktif maddeler. Güneş sürekli bizimle ve her yerde olduğu için (en azından 5 milyar yıl daha) tartışılmaz bir enerji kaynağı olmuştur. Peki biz Güneş’ten ne kadar yararlanıyoruz? Temel olarak Güneş’ten iki yolla yararlanıyoruz: ya ısısını topluyoruz ya da ışığını dönüştürüyoruz.

İlkinden bahsedecek olursak; bu teknikte çukur aynaların özelliğinden faydalanarak Güneş ışığını daha doğrusu ısısını bir noktada toplayarak üretilen su buharıyla elektrik enerjisi elde ediliyor. Burada verim yaklaşık olarak %40’tır.

İkinci yolda ise Güneş ışığının enerjisi ile moleküllere elektron transferi yaptırılıyor (valla kendileri isteyerek yapıyor!) ve bu elektron akımından doğan elektrik enerjisi kullanılıyor. Bu teknikte kullanılan maddeler şöyle sıralanabilir: kristal silisyum, galyum arsenit (GaAs), amorf silisyum, kadmiyum tellürid (CdTe), bakır indiyum diselenid (CuInSe2) ve bunlarla birlikte optik yoğunlaştırıcı hücreler de kullanılmaktadır. Güneş pilleri en yaygın biçimde silisyum(Si) kullanılarak yapılıyor. Bu teknikteki verim ise yaklaşık olarak %20’dir.

Görüldüğü gibi Güneş’ten enerji kaynağı olarak yararlanmamız yarı yarıya verimlilikle bile olamıyor ve bundan daha önemlisi bu verime karşılık olarak çok büyük miktarlarda para harcanıyor bu teknolojilere. Yaklaşık 15 yıldır bilim adamları daha ucuza Güneş’ten nasıl yararlanabiliriz, daha doğrusu ne olacak bu silisyum güneş pillerinin hali diye yakınıyorlar.

Neyse ki, daha ucuza ama daha az verim veren bir yöntem keşfettiler : organik temelli güneş pilleri. Baktılar inorganik maddeler pahalı(!) dediler ki; hadi organik bir şeyler olsun hem ucuz olur hem de uygulaması daha uygun olur. Evet organik tabanlı güneş pillerinin maliyeti silisyum tabanlılara göre daha ucuz ve bunlardan yararlanmak o kadar kolay ki neredeyse üstünüze bile giyebilirsiniz! Bu tür kolaylıklar organik tabanlı güneş pillerinin %5’lik veriminin göz ardı edilmesini sağlıyor.





Bir Organik Güneş Pili Yapısı. Zn-Phthalocyanine electron sağlayıcı , C60 elektron alıcıolarak kullanılıyor. Şeffaf ITO (Indium-Tin-Oxide) ve aluminyum elektrod görevi görüyorlar. PEDOT:PSS ve Bathocuproine tampon katmanlar elektrodların fiziksel ve elektriksel özelliklerini ayarlıyorlar.



Organik güneş pilleri kabaca bir hamburger ( standart iki ekmek bir köfte tarzında) gibi tasvir edilebilir. Ekmekler elektron alan ve elektron veren organik maddeler(boyalar), köfte ise elektron akışına izin veren yarı-iletken. Organik güneş pillerini silisyum tabanlıların üstünde tutan en büyük özelliği ise çok çok çok çok ince olmasıdır. Bahsettiğimiz elektron akışının verimli olması için hamburgerimizin ince olması gerekir, ki burada yaklaşık 50nm’lik bir incelikten bahsediyoruz. İşte bu özellikten dolayı bu tür pilleri her yerde kullanabiliriz: camlarda, arabalarımızın tavanlarında, giysilerimizde, güneşliklerimizde, vb . Bu kadar kolaylığın tabi azıcık zor yanları da var. Öncelikle organik solüsyonlar ışık altında uzun süre sağlam/durağan kalamıyorlar. Isı ve nem faktörleri de elektron transferlerinin etkili olmasında( dolayısıyla verimde ) önemli rol oynuyorlar. Ayrıca ortamda çok elektron bulunması da ayrışma reaksiyonları başlatabilir. Bu tür olumsuzluklar üretim aşamasında solüsyonlara eklenen malzemelerle azaltılabilir, örneğin organik solüsyona MgI eklenmesi ultraviyole ışığa karşı narinliği önemli ölçüde azaltıyor(maganda bir pil çıkıyor ortaya).

Özetlemek gerekirse organik güneş pillerinin kullanımı güneş enerjisinin ucuzlamasına sebep olacak. Daha da önemlisi kullanım kolaylığından ötürü kullanım alanı çok büyük boyutlara ulaşacak. Dizüstü bilgisayarınızı güneşli günlerde rahatça, aman ya pili biterse diye düşünmeden kullanabileceksiniz. Arabanızın aküsünü tek başınıza doldurabileceksiniz. Tümüyle camdan apartmanınızın elektrik harcamalarını her gün tozunu aldığınız camınız karşılayacak, ve daha niceleri (aklıma başka bir şey gelmedi ya!!) .

Derleyen: Serkan TAN